DE102022204034A1 - Compensation for springback in the multi-stage production of formed parts - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein computergestütztes Verfahren zur Ermittlung rückfederungs-kompensierter Wirkgeometrien für Presswerkzeuge, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Presswerkzeugs, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pressteils sowie auf ein Computerprogrammprodukt.Verwendung bei der computergestützten simulationsbasierten FertigungsplanungThe invention relates to a computer-aided method for determining springback-compensated effective geometries for pressing tools, to a method for producing a pressing tool, to a method for producing a pressed part and to a computer program product. Use in computer-aided simulation-based production planning
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND STATE OF TECHNOLOGY
Die Erfindung bezieht sich auf ein computergestütztes Verfahren zur Ermittlung rückfederungskompensierter Wirkgeometrien für Presswerkzeuge, die zur Herstellung eines Pressteils mittels einer Abfolge mehrerer aufeinanderfolgender Pressoperationen vorgesehen sind, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Presswerkzeugs, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pressteils sowie auf ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a computer-aided method for determining springback-compensated effective geometries for pressing tools that are intended for producing a pressed part by means of a sequence of several successive pressing operations, to a method for producing a pressing tool, to a method for producing a pressed part and to a computer program product.
Die Herstellung von Pressteilen aus Blech, insbesondere von Karosserieteilen für Fahrzeuge, erfolgt üblicherweise mittels mehrstufiger Pressprozesse, die eine Abfolge mehrerer aufeinanderfolgender Pressoperationen aufweisen. Hierbei wird üblicherweise ein Halbzeug in Form einer Blechplatine zunächst mittels eines Umformverfahrens, zum Beispiel durch Tiefziehen bzw. Karosserieziehen oder Formprägen, umgeformt und hiernach in weiteren Pressoperationen weiterbearbeitet. Die weiteren Pressoperationen können beispielsweise eine weitere ziehtechnische Bearbeitung, ein Beschneiden, ein Nachschlagen, ein Einstellen, ein Nachformen oder dergleichen vorsehen. Die weiteren Pressoperationen werden im Folgenden auch als Folgeoperationen und die in diesen am Werkstück erfolgenden Teilprozesse zusammenfassend als presstechnische Bearbeitung bezeichnet.The production of pressed parts made of sheet metal, in particular body parts for vehicles, is usually carried out using multi-stage pressing processes that have a sequence of several consecutive pressing operations. Here, a semi-finished product in the form of a sheet metal blank is usually first formed using a forming process, for example by deep drawing or body drawing or stamping, and then further processed in further pressing operations. The further pressing operations can, for example, provide for further drawing processing, trimming, resetting, setting, reshaping or the like. The further pressing operations are also referred to below as subsequent operations and the sub-processes that take place on the workpiece are collectively referred to as pressing processing.
Die Werkzeugherstellung eines Presswerkzeugs verläuft typischerweise in zahlreichen Stufen. Eine umfassende Darstellung findet sich in dem Fachbuch: A. Birkert, S. Haage, M. Straub: „Umformtechnische Herstellung komplexer Karosserieteile - Auslegung von Ziehanlagen“, Springer ViewegVerlag (2013), Kapitel 5.9. Dabei wird bis zur Stufe der sogenannten Werkzeugeinarbeitung und Werkzeugausprobe zunächst ein grundsätzlich funktionsfähiges Presswerkzeug hergestellt. Daran schließt sich die Stufe der Werkzeugkorrektur an, die auch die Rückfederungskompensation beinhaltet. Die Rückfederungskompensation beinhaltet solche Maßnahmen, die am grundsätzlich funktionsfähigen Presswerkzeug vorgenommen werden, um neben einer reißerfreien und faltenfreien Herstellbarkeit auch trotz elastischer Rückfederung eine anforderungsgerechte Maß- und Formhaltigkeit des herzustellenden Pressteils zu gewährleisten.The tool production of a pressing tool typically takes place in numerous stages. A comprehensive presentation can be found in the specialist book: A. Birkert, S. Haage, M. Straub: “Forming production of complex body parts - design of drawing systems”, Springer ViewegVerlag (2013), Chapter 5.9. A fundamentally functional pressing tool is initially produced up to the stage of so-called tool training and tool testing. This is followed by the tool correction stage, which also includes springback compensation. Springback compensation includes measures that are carried out on the fundamentally functional pressing tool in order to ensure that, in addition to tear-free and wrinkle-free producibility, the dimensional and shape accuracy of the pressed part to be produced is in accordance with the requirements despite elastic springback.
Die im Rahmen der Rückfederungskompensation vorzunehmenden Maßnahmen sind erforderlich, da sich komplexe Pressteile in der Praxis bei Werkzeugnullgeometrie nicht auf Anhieb innerhalb vorgegebener Maß- und Formtoleranzen fertigen lassen. Dabei haben Toleranzabweichungen am ersten werkzeugfallenden Pressteil mannigfaltige Ursachen, sowohl in Bezug auf einen Absolutwert der Abweichung als auch auf die Streuung der Abweichung über mehrere Pressteile hinweg. Die genannten Maß- und Formabweichungen sind überwiegend die Folge einer elastischen Rückfederung des Pressteils nach dem Öffnen des Werkzeugs und/oder nach der Entnahme des Werkstücks aus demselben. Dabei ist allgemein bekannt, dass die elastische Rückfederung des Pressteils erhebliche Kosten im Rahmen der Werkzeugherstellung verursacht. Nicht unerhebliche Anteile der Gesamtkosten der Werkzeugherstellung müssen aufgewendet werden, um das grundsätzlich funktionsfähige Presswerkzeug im Rahmen der Werkzeugkorrektur zur Kompensation der rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen des Pressteils anzupassen.The measures to be taken as part of springback compensation are necessary because, in practice, complex pressed parts cannot be manufactured straight away within specified dimensional and shape tolerances with tool zero geometry. Tolerance deviations on the first pressed part falling on the tool have a variety of causes, both in relation to an absolute value of the deviation and the spread of the deviation across several pressed parts. The dimensional and shape deviations mentioned are predominantly the result of an elastic springback of the pressed part after the tool has been opened and/or after the workpiece has been removed from it. It is generally known that the elastic springback of the pressed part causes considerable costs in tool production. Not insignificant proportions of the total costs of tool production have to be spent in order to adapt the basically functional pressing tool as part of the tool correction to compensate for the geometric deviations of the pressed part caused by springback.
Zur Anpassung der Presswerkzeuge existieren unterschiedliche Korrektur- bzw. Kompensationsstrategien im Stand der Technik. Diese zielen - ausgehend von einem grundsätzlich funktionsfähigen Presswerkzeug - darauf ab, Maß- und Formabweichungen des Pressteils nach der betreffenden Pressoperation mittels einer Anpassung der das Pressteil der betreffenden Pressoperation abbildenden Werkzeuggeometrie zu beseitigen, so dass am Ende des mehrstufigen Pressprozesses eine toleranzgerechte Zielgeometrie des Pressteils erreicht wird. Die Zielgeometrie wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als „Nullgeometrie“ des Werkstücks bezeichnet. Insbesondere folgende Definitionen sollen im Rahmen dieser Anmeldung gelten:
- Unter „Nullgeometrie“ soll diejenige Geometrie des Werkstücks verstanden werden, die man in der betreffenden Pressoperation des mehrstufigen Pressprozesses zu erreichen gedenkt. Ein Presswerkzeug, das auf einer CAD-Sollgeometrie des herzustellenden Werkstücks (d.h. die Nullgeometrie) modelliert wird, wird auch als „Nullwerkzeug“ bezeichnet. In einem solchen (nicht kompensierten) Werkzeug sind die Werkzeug-Nullgeometrie und die Werkstück-Nullgeometrie identisch. Unter „Korrekturgeometrie“ ist eine korrigierte, also vereinfacht ausgedrückt eine zum Ausgleich der elastischen Rückfederung „überbogene“ Werkzeuggeometrie zu verstehen. Die Korrekturgeometrie kann auch als „Kompensationsgeometrie“ bezeichnet werden. Die Kompensationsgeometrie weicht zwingend von der in der betreffenden Pressoperation zu erreichenden Nullgeometrie ab, da nach dem Öffnen des Werkzeugs und/oder der Entnahme des Werkstücks aus demselben eine elastische Rückfederung des Werkstücks zu verzeichnen ist. Mit „Rückfederungsgeometrie“ wird die nach dem Öffnen des Werkzeugs und/oder nach der Entnahme des Werkstücks aus demselben sich ergebende Werkstückgeometrie bezeichnet. Die „Rückfederungsgeometrie“ kann auch als (elastische rückgefederte) Ist-Geometrie bezeichnet werden. Die Rückfederungsgeometrie des Werkstücks soll jedenfalls nach der letzten Pressoperation des mehrstufigen Pressprozesses der angestrebten Nullgeometrie entsprechen. Vereinfacht ausgedrückt sollte eine Korrekturstrategie so beschaffen sein, dass durch eine Ermittlung rückfederungskompensierter Wirkgeometrien der Presswerkzeuge die Herstellung eines Pressteils in Nullgeometrie ermöglicht wird. Dabei kann ein Presswerkzeug, dessen Wirkgeometrie entsprechend angepasst ist, auch als „kompensiertes Werkzeug“ oder „korrigiertes Werkzeug“ bezeichnet werden.
- “Zero geometry” should be understood as the geometry of the workpiece that is intended to be achieved in the relevant pressing operation of the multi-stage pressing process. A press tool that is modeled on a CAD target geometry of the workpiece to be produced (ie the zero geometry) is also referred to as a “zero tool”. In such a (non-compensated) tool, the tool zero geometry and the workpiece zero geometry are identical. “Corrective geometry” is understood to mean a corrected tool geometry, i.e., to put it simply, a tool geometry that is “overbent” to compensate for the elastic springback. The correction geometry can also be referred to as “compensation geometry”. The compensation geometry necessarily deviates from the zero geometry to be achieved in the pressing operation in question, since after opening the tool and/or removing the workpiece from it, an elastic springback of the workpiece is recorded. “Springback geometry” refers to the workpiece geometry that results after opening the tool and/or after removing the workpiece from it. The “rebound geometry”. rie” can also be referred to as the (elastic, spring-back) actual geometry. In any case, the springback geometry of the workpiece should correspond to the desired zero geometry after the last pressing operation of the multi-stage pressing process. To put it simply, a correction strategy should be such that the production of a pressed part in zero geometry is made possible by determining spring-back-compensated effective geometries of the pressing tools. A pressing tool whose effective geometry is adjusted accordingly can also be referred to as a “compensated tool” or “corrected tool”.
Im Stand der Technik sind unterschiedlichste simulationsgestützte Kompensationsstrategien für Presswerkzeuge in mehrstufigen Pressprozessen beschrieben.The state of the art describes a wide variety of simulation-supported compensation strategies for pressing tools in multi-stage pressing processes.
Beispielsweise wird in dem Fachbeitrag: K. Roll, T. Lemke, K. Wiegand: „Possibilities and Strategies for Simulations and Compensation for Springback“, AIP Conference Proceedings, vol. 778. Melville, NY: American Institute of Physics, 2005, Seite 295/302, ein Überblick über mehrere simulationsgestützte Kompensationsstrategien gegeben. Dabei wird die Empfehlung ausgesprochen, dass geometrische Abweichungen des Werkstücks von der Nullgeometrie grundsätzlich durch eine Kompensation in der hierfür als ursächlich identifizierten Pressoperation ausgeglichen werden sollen. Hierzu ergänzend wird auf einen mit dem vorgenannten Fachartikel korrespondierenden Tagungsbeitrag derselben Autorenschaft verwiesen (LS-DYNA Anwenderforum, Bamberg 2004: „Simulationgsgestützte Kompensation der Rückfederung“).For example, in the technical article: K. Roll, T. Lemke, K. Wiegand: “Possibilities and Strategies for Simulations and Compensation for Springback”, AIP Conference Proceedings, vol. 778. Melville, NY: American Institute of Physics, 2005, pages 295/302, an overview of several simulation-based compensation strategies is given. The recommendation is made that geometric deviations of the workpiece from the zero geometry should generally be compensated for in the pressing operation identified as the cause. In addition, reference is made to a conference contribution by the same authorship that corresponds to the aforementioned specialist article (LS-DYNA User Forum, Bamberg 2004: “Simulation-supported compensation for springback”).
Andererseits ist aus dem Fachartikel: A. Birkert et al.: „Optimization of the process robustness of the stamping of complex body parts with regard to dimensional accuracy“, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 418 (2018) 012107, bekannt, dass eine instabile Positionierung des Werkstücks am bzw. im Werkzeug maßgeblichen Einfluss auf die Robustheit und damit die Wiederholgenauigkeit mehrstufiger Pressprozesse ausüben kann. Dabei wurde gezeigt, dass eine verbesserte Positionierung des Werkstücks - neben weiteren dort benannten Faktoren - eine Verminderung der maßlichen Streuung der Pressteile bewirken kann. Die Positionierungssituation des Werkstücks beim Einlegen in das Werkzeug wird im Folgenden auch als Teillage bezeichnet. Unterscheiden sich die einzulegende Werkstückgeometrie und die aufnehmende Wirkgeometrie des Werkzeugs, liegt ein sogenannter Werkstücklagefehler vor.On the other hand, it is known from the specialist article: A. Birkert et al.: “Optimization of the process robustness of the stamping of complex body parts with regard to dimensional accuracy”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 418 (2018) 012107, that An unstable positioning of the workpiece on or in the tool can have a significant influence on the robustness and thus the repeatability of multi-stage pressing processes. It was shown that an improved positioning of the workpiece - in addition to other factors mentioned there - can reduce the dimensional variation of the pressed parts. The positioning situation of the workpiece when it is inserted into the tool is also referred to below as the partial position. If the workpiece geometry to be inserted and the receiving effective geometry of the tool differ, this is a so-called workpiece position error.
In der Patentschrift „Kompensation der Rückfederung bei der mehrstufigen Herstellung von Umformteilen“ (
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine möglichst allgemeingültige Anwendbarkeit auf unterschiedliche mehrstufige Pressprozesse und die Herstellung von Presswerkzeugen zur Verwendung in solchen mehrstufigen Pressprozessen ermöglicht, wobei die herzustellenden Presswerkzeuge so beschaffen sind, dass die damit hergestellten Pressteile möglichst maßhaltig sind und der mehrstufige Pressprozess gleichzeitig möglichst robust ist, wobei der zeitliche Aufwand des Verfahrens gegenüber dem bekannten Stand der Technik in der Offenlegungsschrift
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein computergestütztes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Weiterhin werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To solve this problem, the invention provides a computer-aided method with the features of claim 1. Furthermore, a method with the features of claim 8, a method with the features of claim 9 and a computer program product with the features of claim 10 are provided. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 umfasst die Schritte a) bis e) sowie den Schritt z). Dementsprechend wird bei der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik zunächst nicht die komplette Abfolge als zusammenhängender Prozess betrachtet (simuliert). Vielmehr wird hierbei jede Pressoperation der Abfolge einzeln für sich betrachtet (simuliert), wobei Störgrößen in Form von vermeidbarer elastischer Formänderungsenergie eliminiert werden. Unter vermeidbarer elastischer Formänderungsenergie wird diejenige Formänderungsenergie verstanden, die bereits beim Schließen der(des) Niederhalter(s) in der betreffenden Pressoperation dadurch erzeugt wird, dass die aufnehmenden Wirkflächen der betreffenden Pressoperation sowie die Wirkflächen der(des) Niederhalter(s) eine andere Geometrie haben, als das ankommende Werkstück. The method according to the invention with the features of claim 1 comprises steps a) to e) and step z). Accordingly, the solution according to the invention is not initially complete compared to the prior art Sequence viewed (simulated) as a coherent process. Rather, each pressing operation in the sequence is considered (simulated) individually, with disturbances in the form of avoidable elastic deformation energy being eliminated. Avoidable elastic deformation energy is understood to mean the deformation energy that is already generated when the hold-down device (s) is closed in the pressing operation in question due to the fact that the receiving effective surfaces of the pressing operation in question and the effective surfaces of the hold-down device (s) have a different geometry than the incoming workpiece.
Prozesstechnisch wird das dadurch erreicht, dass das in der betreffenden Pressoperation ankommende Werkstück (simulativ) keine Rückfederung erfahren hat und somit in den relevanten Wirkflächenbereichen praktisch geometriegleich mit der aufnehmenden Pressoperation ist. Zusätzlich wird für alle Pressoperationen auch noch die komplette Pressoperation inklusive der (isolierten) Rückfederung simuliert. Die aus den derart isoliert betrachteten Pressoperationen resultierenden Einzel-Rückfederungsergebnisse (Maßabweichungen), werden anschließend für alle Pressoperationen in geeigneter Weise miteinander verknüpft, um so eine Aussage zu den in den einzelnen Pressoperationen jeweils zu kompensierenden Maßabweichungen zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf unterschiedlichste mehrstufige Pressprozesse anwendbar, so dass insbesondere auf eine anwendungsfallspezifische erfahrungsbasierte Anpassung der Werkzeuge weitestgehend oder gar vollständig verzichtet und der Prozess automatisiert werden kann. Dabei erlauben die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Wirkgeometrien eine weitgehend maßhaltige Herstellung des betreffenden Pressteils zum einen und zum anderen wird gleichzeitig eine gute Robustheit und damit Wiederholgenauigkeit des mehrstufigen Pressprozesses ermöglicht, allerdings bei gegenüber der Patentschrift „Kompensation der Rückfederung bei der mehrstufigen Herstellung von Umformteilen“ (
Der Schritt a) sieht ein Simulieren einer ersten Pressoperation des mehrstufigen Pressprozesses vor. Bei dieser Simulation wird ein virtuelles Werkstück, das das reale Pressteil repräsentiert, mittels eines virtuellen Werkzeugs, das ein reales Presswerkzeug des mehrstufigen Pressprozesses repräsentiert, umgeformt. Hierbei wird das Werkstück beim Einlegen in das erste Werkzeug wenigstens abschnittsweise an einer Wirkfläche aufgenommen und hiernach durch Einwirkung einer oder mehrerer Wirkflächen umgeformt. Die virtuelle Wirkfläche des ersten Werkzeugs kann eine reale Wirkgeometrie des betreffenden Presswerkzeugs repräsentieren und basiert in der Regel auf CAD-Nulldaten des Werkstücks. Neben der Simulation des eigentlichen Umformens umfasst der Schritt a) zudem eine Ermittlung der elastisch rückgefederten Rückfederungsgeometrie des Werkstücks, die wie eingangs definiert auch als Ist-Geometrie bezeichnet werden kann. Die Rückfederungsgeometrie kann nach einem virtuellen Öffnen des Werkzeugs und/oder einer Entnahme des umgeformten Werkstücks aus dem Werkzeug vorliegen. Dabei bezieht sich die Rückfederungsgeometrie vorzugsweise auf einen von externen Kräften wenigstens im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, freien Zustand des Werkstücks, wobei ein Einfluss der Schwerkraft auf sich ergebende Deformationen des Werkstücks berücksichtigt sein kann. Das Simulieren gemäß Schritt a) umfasst demnach eine computergestützte Berechnung einer umgeformten und elastisch rückgefederten Konfiguration des Werkstücks, wobei diese Konfiguration im Kontext von Schritt a) auch als erste Rückfederungsgeometrie bezeichnet wird. Zur Durchführung des Schritts a) geeignete computergestützte Berechnungsmethoden sind im Stand der Technik als solche grundsätzlich bekannt und bedürfen daher keiner näheren Beschreibung. Zu nennen sind in erster Linie, aber nicht ausschließlich, Finite- Elemente-Methoden.Step a) involves simulating a first pressing operation of the multi-stage pressing process. In this simulation, a virtual workpiece that represents the real pressed part is formed using a virtual tool that represents a real pressing tool of the multi-stage pressing process. Here, the workpiece is picked up at least in sections on an active surface when it is inserted into the first tool and is then reshaped by the action of one or more active surfaces. The virtual effective surface of the first tool can represent a real effective geometry of the pressing tool in question and is usually based on CAD zero data of the workpiece. In addition to the simulation of the actual forming, step a) also includes a determination of the elastically spring-back geometry of the workpiece, which, as defined at the beginning, can also be referred to as the actual geometry. The springback geometry can be present after a virtual opening of the tool and/or removal of the formed workpiece from the tool. The springback geometry preferably relates to a state of the workpiece that is at least essentially, preferably completely, free of external forces, whereby an influence of gravity on resulting deformations of the workpiece can be taken into account. The simulation according to step a) therefore includes a computer-aided calculation of a deformed and elastically spring-back configuration of the workpiece, this configuration being also referred to as the first spring-back geometry in the context of step a). Computer-aided calculation methods suitable for carrying out step a) are generally known as such in the prior art and therefore do not require any further description. These include primarily, but not exclusively, finite element methods.
Der Schritt b) sieht ein Simulieren der wenigstens einen Folgeoperation des mehrstufigen Pressprozesses unter Verwendung des wenigstens einen weiteren Werkzeugs vor. Dabei erfolgt die Simulation in einer dem Schritt a) entsprechenden Weise unter Verwendung einer hierfür geeigneten computergestützten Berechnungsmethode. Abweichend von Schritt a) liegt das Werkstück nun bereits in einer umgeformten, jedoch nicht rückgefederten Konfiguration, nämlich der ersten Pressteilnullgeometrie, vor. Diese wird unter Verwendung der Wirkfläche des wenigstens einen weiteren Werkzeugs aufgenommen und abermals presstechnisch bearbeitet. Die nach dieser Bearbeitung vorliegende elastisch rückgefederte Konfiguration wird als weitere Rückfederungsgeometrie des Werkstücks bezeichnet.Step b) provides for simulating the at least one subsequent operation of the multi-stage pressing process using the at least one further tool. The simulation is carried out in a manner corresponding to step a) using a suitable computer-aided calculation method. Deviating from step a), the workpiece is now already in a formed, but not spring-back configuration, namely the first pressed part zero geometry. This is picked up using the active surface of the at least one further tool and processed again using pressing technology. The elastically spring-back configuration that occurs after this machining is referred to as the further spring-back geometry of the workpiece.
Der Schritt c) sieht ein Ermitteln der geometrischen Abweichungen des Werkstücks vor. Diese Abweichungen beziehen sich auf eine angestrebte Nullgeometrie des Werkstücks. Die Abweichungen werden mittels eines Abgleichs der nun vorliegenden Rückfederungsgeometrien mit der besagten Nullgeometrie ermittelt. Die Abweichungsgrößen können eine skalare oder vektorielle Größe bzw. Feldgröße sein. Vorzugsweise werden die Abweichungsgrößen in Form eines Verschiebungsvektorfelds zwischen der angestrebten Nullgeometrie und den nun vorliegenden Rückfederungsgeometrien ermittelt.Step c) involves determining the geometric deviations of the workpiece. These deviations relate to the desired zero geometry of the workpiece. The deviations are determined by comparing the existing springback geometries with the said zero geometry. The deviation sizes can be a scalar or vector size or field size. The deviation quantities are preferably determined in the form of a displacement vector field between the desired zero geometry and the springback geometries that are now present.
Die Schritte d) und e) sehen ein Anpassen der Werkzeuge, nämlich des ersten Werkzeugs und des wenigstens einen weiteren Werkzeugs, zur Minimierung der zuvor ermittelten geometrischen Abweichung des Werkstücks vor. Dieses Anpassen erfolgt in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Abweichungsgrößen, beispielsweise der besagten Verschiebungsvektorfelder. Dabei wird das erste Werkzeug in Abhängigkeit einer Addition aller folgenden Abweichungsgrößen ausgehend von dem in Schritt a) zugrunde gelegten Zustand angepasst. Mit anderen Worten erfolgt das Anpassen in Schritt d) ausgehend von der der Simulation der ersten Formoperation zugrunde gelegten Wirkfläche des ersten Werkzeugs. Sofern das erste Werkzeug als Nullwerkzeug konfiguriert war, erfolgt das Anpassen in Schritt d) ausgehend von der Nullgeometrie des ersten Werkzeugs. Hierbei wird die Wirkfläche des ersten Werkzeugs vereinfacht ausgedrückt „überbogen“, was einem Abändern der Geometrie der Wirkfläche entgegen der Richtung der elastischen Rückfederung gleichkommt. Hierfür geeignete Methoden sind als solche grundsätzlich bekannt. Zu nennen sind beispielsweise die sogenannte Displacement-Adjustment-Methode sowie Modifikationen der selbigen, wie sie in handelsüblicher FEM-Software zur Simulation von Blechumformprozessen verwendet wird. Des Weiteren zu nennen ist die sogenannte „strukturmechanische“ Kompensationsmethode, wie sie in der
In dem abschließenden Schritt z) werden die zuvor angepassten Wirkflächen der Werkzeuge als Kompensationsgeometrie des jeweils repräsentierten Presswerkzeugs festgelegt.In the final step z), the previously adapted effective surfaces of the tools are defined as the compensation geometry of the respectively represented pressing tool.
In Ausgestaltung der Erfindung sind die Schritte f) bis h) gemäß dem Wortlaut von Anspruch 2 vorgesehen, wobei deren Ausführung nach dem Schritt e) des Verfahrens nach Anspruch 1 erfolgen soll. Diese Ausgestaltung der Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Anpassung der Wirkflächen - zur Minimierung der in Anspruch 1 ermittelten geometrischen Abweichung des Werkstücks - einen Einfluss auf die Rückfederung in den Operationen und somit auch auf die zu Ende des mehrstufigen Pressprozesses vorliegende geometrische Abweichung des Werkstücks von der angestrebten Nullgeometrie haben wird. Demgegenüber geht das Verfahren nach Anspruch 1 davon aus, dass dieser Einfluss vernachlässigbar gering sein wird, sodass bereits ein einmaliges Anpassen der Wirkflächen genügt, um ein maßhaltiges Werkstück am Ende des mehrstufigen Pressprozesses zu erhalten.In an embodiment of the invention, steps f) to h) are provided according to the wording of claim 2, with their execution being carried out after step e) of the method according to claim 1. This embodiment of the invention is based on the consideration that the adaptation of the active surfaces - in order to minimize the geometric deviation of the workpiece determined in claim 1 - has an influence on the springback in the operations and thus also on the geometric deviation of the workpiece present at the end of the multi-stage pressing process Workpiece will have from the desired zero geometry. In contrast, the method according to claim 1 assumes that this influence will be negligibly small, so that a single adjustment of the effective surfaces is sufficient to obtain a dimensionally stable workpiece at the end of the multi-stage pressing process.
Der unmittelbar auf den Schritt e) auszuführende Schritt f) sieht ein durchgehendes Simulieren aller Pressoperationen des mehrstufigen Pressprozesses vor. Diese Simulation erfolgt in einer dem Schritt a) beziehungsweise Schritt b) entsprechenden Weise, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche Offenbarung im Zusammenhang mit den Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen wird. Allerdings erfolgt das Simulieren unter Verwendung der zuvor angepassten nun vorliegenden Wirkflächen des ersten und zweiten Werkzeugs. Ein durchgehendes Simulieren meint, dass die nach der ersten Pressoperation vorliegende Rückfederungsgeometrie in die folgende Pressoperation eingelegt wird. Im Gegensatz dazu, wurde im Vorgehen nach Anspruch 1 eine nicht rückgefederte Pressteilnullgeometrie in die folgende Pressoperation eingelegt. Am Ende des simulierten mehrstufigen Pressprozesses wird sich eine weitere Rückfederungsgeometrie des Werkstücks einstellen. Diese Rückfederungsgeometrie kann auch als aktuelle oder nun vorliegende Rückfederungsgeometrie bezeichnet werden.Step f), which is to be carried out immediately after step e), provides for continuous simulation of all pressing operations of the multi-stage pressing process. This simulation is carried out in a manner corresponding to step a) or step b), so that in order to avoid repetitions, reference is made to the relevant disclosure in connection with the statements on claim 1. However, the simulation is carried out using the previously adapted effective surfaces of the first and second tools. Continuous simulation means that the springback geometry present after the first pressing operation is inserted into the following pressing operation. In contrast, in the procedure according to claim 1, a non-resilient pressed part zero geometry was inserted into the following pressing operation. At the end of the simulated multi-stage pressing process, a further springback geometry of the workpiece will occur. This springback geometry can also be referred to as the current or current springback geometry.
Der hierauf folgende Schritt g) sieht ein erneutes Ermitteln der geometrischen Abweichung des Werkstücks vor. Dabei wird die angestrebte Nullgeometrie des Werkstücks mit der nun vorliegenden Rückfederungsgeometrie des Werkstücks verglichen und in Abhängigkeit dieses Vergleichs eine nun vorliegende Abweichungsgröße ermittelt. Diese nun vorliegende Abweichungsgröße wird sich betragsmäßig von der Summe der in Schritt c) ermittelten Abweichungsgrößen unterscheiden und vorzugsweise betragsmäßig geringer als diese sein.The following step g) provides for the geometric deviation of the workpiece to be determined again. The desired zero geometry of the workpiece is compared with the now existing springback geometry of the workpiece and, depending on this comparison, a deviation size that is now present is determined. This deviation quantity now present will differ in magnitude from the sum of the deviation quantities determined in step c) and will preferably be smaller in magnitude than this.
Der Schritt h) sieht ein erneutes Anpassen der Werkzeuge, nämlich des ersten Werkzeugs und des wenigstens einen weiteren Werkzeugs im Hinblick auf die nun vorliegende geometrische Abweichung des Werkstücks vor. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Offenbarung im Zusammenhang mit den Schritten d) und e) verwiesen, die in Bezug auf den Schritt h) in entsprechender Weise gilt. Dabei erfolgt das Anpassen der Wirkflächen des ersten und des wenigstens einen weiteren Werkzeugs zusätzlich zu den zuvor erfolgten geometrischen Anpassungen der Wirkfläche.Step h) provides for a new adjustment of the tools, namely the first tool and the at least one further tool, with regard to the geometric deviation of the workpiece that now exists. To avoid repetition, reference is made to the disclosure in connection with steps d) and e), which applies in a corresponding manner with regard to step h). The adjustment of the effective surfaces of the first and at least one further tool takes place in addition to the previously carried out geometric adjustments of the effective area.
Abschließend können die auf diese Weise erneut angepassten Wirkflächen als kompensierte Wirkgeometrie des jeweils repräsentierten Presswerkzeugs in einer dem Schritt z) entsprechenden Weise festgelegt werden.Finally, the active surfaces adjusted again in this way can be defined as the compensated effective geometry of the respectively represented pressing tool in a manner corresponding to step z).
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte f) bis h) iterativ, d.h. wiederholt ausgeführt werden. Dabei soll die wiederholte Ausführung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl an Iterationen und/oder bis zum Erreichen eines Konvergenzkriteriums ausgeführt werden. Das Konvergenzkriterium kann der Abweichungsgröße und/oder dem Werkstücklagefehler zugeordnet sein. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann einem nichtlinearen Rückfederungsverhalten Rechnung getragen werden. Vereinfacht ausgedrückt werden die Wirkflächen der Werkzeuge unter Berücksichtigung der zuvor bereits erfolgten Anpassungen erneut und wiederholt so lange angepasst, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis im Hinblick auf die Maßhaltigkeit des Werkstücks zu Ende des mehrstufigen Pressprozesses erreicht ist.In a further embodiment of the invention it is provided that steps f) to h) are carried out iteratively, ie repeatedly. The repeated execution should be carried out until a predetermined number of iterations is reached and/or until a convergence criterion is reached. The convergence criterion can be assigned to the deviation size and/or the workpiece position error. With this embodiment of the invention, non-linear springback behavior can be taken into account. To put it simply, the effective surfaces of the tools are adjusted again and again, taking into account the adjustments that have already been made, until a satisfactory result is achieved with regard to the dimensional accuracy of the workpiece at the end of the multi-stage pressing process.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt dem Verfahren ein mehrstufiger Pressprozess mit mehr als einer Folgeoperation zugrunde. Demgegenüber sieht das Verfahren in seiner einfachsten Ausprägung lediglich eine erste Pressoperation und eine einzige weitere, nämlich eine zweite Pressoperation und dementsprechend ein erstes und ein zweites Werkzeug vor. Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind mehrere weitere Pressoperationen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder eine beliebige Mehrzahl von Pressoperationen vorgesehen, die in einer dem Schritt b) bzw. dem Schritt f) entsprechenden Weise simuliert werden. Dabei ist vorgesehen, dass das Anpassen des jeweils weiteren Werkzeugs in einer dem Schritt e) entsprechenden Weise, das heißt ausschließlich in Abhängigkeit der jeweils hierauf folgenden Abweichungsgrößen, erfolgt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das erneute Anpassen des jeweils weiteren Werkzeugs in einer dem Schritt h) entsprechenden Weise, das heißt in Abhängigkeit der vorliegenden Maßabweichung am Ende des mehrstufigen Pressprozesses, erfolgt.In a further embodiment of the invention, the method is based on a multi-stage pressing process with more than one subsequent operation. In contrast, the method in its simplest form only provides for a first pressing operation and a single further one, namely a second pressing operation and accordingly a first and a second tool. In the present embodiment, several further pressing operations, for example two, three, four, five or any number of pressing operations, are provided, which are simulated in a manner corresponding to step b) or step f). It is provided that the additional tool is adapted in a manner corresponding to step e), that is to say exclusively depending on the deviation variables that follow. Furthermore, it is provided that the additional tool is adjusted again in a manner corresponding to step h), that is, depending on the existing dimensional deviation at the end of the multi-stage pressing process.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Simulieren der Pressoperationen ein computergestütztes Berechnen der jeweiligen elastisch rückgefederten Rückfederungsgeometrie des Werkstücks unter Anwendung einer nichtlinearen Finite-Elemente-Methode. Neben der jeweiligen Rückfederungsgeometrie können auch nicht näher bezeichnete Zwischenkonfigurationen des Werkstücks, wie sie beim Simulieren des eigentlichen Pressvorgangs auftreten können, ermittelt werden. Eine zugrunde gelegte Finite-Elemente-Formulierung kann explizit oder implizit formuliert sein. Zur Abbildung des bei der presstechnischen Bearbeitung auftretenden elastisch-plastischen Deformationsverhaltens des Werkstücks ist ein nichtlineares elastisch-plastisches Materialmodell zugrunde gelegt.In a further embodiment of the invention, simulating the pressing operations includes computer-aided calculation of the respective elastically resilient springback geometry of the workpiece using a nonlinear finite element method. In addition to the respective springback geometry, unspecified intermediate configurations of the workpiece, such as those that can occur when simulating the actual pressing process, can also be determined. An underlying finite element formulation can be formulated explicitly or implicitly. A nonlinear elastic-plastic material model is used to represent the elastic-plastic deformation behavior of the workpiece that occurs during press processing.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln und/oder erneute Ermitteln der geometrischen Abweichung des Werkstücks ein Ermitteln der vorliegenden Abweichungsgröße in Form eines Abweichungsvektorfelds. Das Abweichungsvektorfeld ist dabei durch Verschiebungsvektoren gebildet, die zwischen der nach der betreffenden Pressoperation angestrebten Nullgeometrie des Werkstücks und der nach der betreffenden Pressoperation tatsächlich vorliegenden elastisch rückgefederten Rückfederungsgeometrie des Werkstücks erstreckt sind. Die angestrebte Nullgeometrie kann beispielsweise in Form einer CAD-Sollgeometrie vorliegen, die durch einen entsprechenden Datensatz repräsentiert ist. Alternativ, sofern das Simulieren der Pressoperationen eine Anwendung einer Finite- Elemente-Methode umfasst, kann die Nullgeometrie durch ein Finite-Elemente-Netz repräsentiert werden, das eine räumliche Diskretisierung des Werkstücks in der angestrebten Nullgeometrie darstellt. Dementsprechend kann die Rückfederungsgeometrie in Form eines deformierten Finite-Elemente-Netzes vorliegen. In diesem Fall sind die Verschiebungsvektoren zwischen ein- und demselben Knoten der beiden Finite-Elemente-Netze erstreckt.In a further embodiment of the invention, determining and/or re-determining the geometric deviation of the workpiece includes determining the existing deviation quantity in the form of a deviation vector field. The deviation vector field is formed by displacement vectors which extend between the zero geometry of the workpiece desired after the pressing operation in question and the elastically resilient springback geometry of the workpiece that actually exists after the pressing operation in question. The desired zero geometry can, for example, be in the form of a CAD target geometry, which is represented by a corresponding data record. Alternatively, if simulating the pressing operations involves application of a finite element method, the null geometry may be represented by a finite element mesh that represents a spatial discretization of the workpiece in the target null geometry. Accordingly, the springback geometry may be in the form of a deformed finite element mesh. In this case, the displacement vectors extend between one and the same node of the two finite element meshes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Anpassen und/oder erneute Anpassen der Wirkflächen zur Minimierung der geometrischen Abweichung ein Ermitteln einer Korrekturgeometrie der Wirkfläche des jeweiligen Werkzeugs in Abhängigkeit des besagten Abweichungsvektorfelds. Wie eingangs erwähnt, kann die Korrekturgeometrie auch als Kompensationsgeometrie bezeichnet werden. Diese Korrekturgeometrie kann in Bezug auf eine Nullwirkfläche des jeweiligen Werkzeugs oder in Bezug auf eine bereits vorliegende angepasste Wirkfläche des jeweiligen Werkzeugs ermittelt werden. Geeignete Methoden zum Ermitteln der Korrekturgeometrie sind als solche grundsätzlich bekannt, wobei insbesondere die Displacement-Adjustment-Methode, die sogenannte Comprehensive Compensation (CC)-Methode sowie die in der Offenlegungsschrift
Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Presswerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Das herzustellende Presswerkzeug ist zur Herstellung eines Pressteils mittels einer Pressoperation vorgesehen und kann beispielsweise zur Verwendung in einer ziehtechnischen Umformoperation oder einer Form- oder Beschneideoperation vorgesehen sein. Dementsprechend weist das Presswerkzeug eine Wirkgeometrie zum Aufnehmen und presstechnischen Bearbeiten des Pressteils auf. Bei dem Verfahren wird zunächst die Wirkgeometrie des Presswerkzeugs gemäß einem Verfahren nach der vorstehenden Beschreibung ermittelt. Hiernach wird das Presswerkzeug unter Ausbildung der ermittelten Wirkgeometrie gefertigt.The invention also relates to a method for producing a pressing tool with the features of claim 8. The pressing tool to be produced is intended for producing a pressed part by means of a pressing operation and may be intended, for example, for use in a drawing forming operation or a shaping or trimming operation. Accordingly, the pressing tool has an effective geometry for receiving and pressing the pressed part. In the method, the effective geometry of the pressing tool is first determined according to a method as described above. The pressing tool is then manufactured to form the determined effective geometry.
Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pressteils, bei dem das Pressteil unter Einwirkung eines gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Presswerkzeugs hergestellten Presswerkzeugs presstechnisch bearbeitet wird.The invention also relates to a method for producing a pressed part, in which the pressed part is processed by pressing technology under the influence of a pressing tool produced according to the above-described method for producing a pressing tool.
Die Fähigkeit zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren und deren Ausgestaltungen kann in Form zusätzlicher Programmteile, Programmmodule und/oder in Form einer Programmänderung einer bestehenden Simulationssoftware implementiert werden. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt - wenn es in einen Speicher eines geeigneten Computers geladen und von dem Computer ausgeführt ist - bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß der Erfindung und/oder einer Ausgestaltung der Erfindung ausführt.The ability to carry out the methods according to the invention and their configurations can be implemented in the form of additional program parts, program modules and/or in the form of a program change to existing simulation software. Therefore, a further aspect of the present invention relates to a computer program product, in particular stored on a computer-readable medium or implemented as a signal, the computer program product - when loaded into a memory of a suitable computer and executed by the computer - causing the computer to do a Carrying out a method according to the invention and/or an embodiment of the invention.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung zur Verdeutlichung eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Ermittlung rückfederungskompensierter Wirkflächen von Presswerkzeugen, -
2 in einer der1 entsprechenden Darstellungsweise ein weiteres im Stand der Technik bekanntes Verfahren gleichen Zwecks, -
3 in einer der1 entsprechenden Darstellungsweise nochmals ein weiteres im Stand der Technik bekanntes Verfahren gleichen Zwecks, -
4 eine schematisch vereinfachte Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung rückfederungskompensierter Wirkgeometrien für Presswerkzeuge, -
5a ,5b eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückfederungskompensation ähnlich dem Verfahren nach4 , wobei Nichtlinearitäten berücksichtigt werden, -
6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückfederungskompensation ähnlich dem Verfahren nach4 , wobei ein zugrundeliegender mehrstufiger Pressprozess mehrere Folgeoperationen aufweist, -
7 eine schematisch stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines mittels einer Abfolge mehrerer aufeinanderfolgender Pressoperationen herzustellenden Pressteils, wobei ein entlang einer Schnittlinie A-A durch das Umformteil erstreckter Schnitt dargestellt ist, und -
8 eine Rückfederungsgeometrie und zugehörige Nullgeometrie des Werkstücks sowie ein sich zwischen beiden Geometrien erstreckendes Abweichungsvektorfeld.
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1 shows a schematically simplified representation to illustrate a method known in the prior art for determining springback-compensated effective surfaces of pressing tools, -
2 in one of the1 corresponding representation, another method known in the prior art for the same purpose, -
3 in one of the1 corresponding representation, another method known in the prior art for the same purpose, -
4 a schematically simplified representation to illustrate an embodiment of the method according to the invention for determining springback-compensated effective geometries for pressing tools, -
5a ,5b a further embodiment of the method according to the invention for springback compensation similar to the method according to4 , where non-linearities are taken into account, -
6 a further embodiment of the method according to the invention for springback compensation similar to the method according to4 , whereby an underlying multi-stage pressing process has several subsequent operations, -
7 a schematically greatly simplified perspective view of a pressed part to be produced by means of a sequence of several successive pressing operations, a section extending along a section line AA through the formed part being shown, and -
8th a springback geometry and associated zero geometry of the workpiece as well as a deviation vector field extending between both geometries.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele zur Erläuterung von Möglichkeiten zur praktischen Umsetzung der Erfindung erläutert. Die dargelegten erfindungsgemäßen Verfahren dienen einer computergestützten, simulationsbasierten Ermittlung rückfederungskompensierter Wirkgeometrien für Presswerkzeuge, die zur Herstellung eines Pressteils mittels einer Abfolge mehrerer aufeinanderfolgender Pressoperationen vorgesehen sind. Diese Abfolge von Pressoperationen kann auch als mehrstufiger Pressprozess bezeichnet werden. Vereinfacht ausgedrückt können die erfindungsgemäßen Verfahren auch als Verfahren zur (computergestützten, simulationsbasierten) Rückfederungskompensation bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang ist unter einer Rückfederungskompensation eine Anpassung der Wirkflächen virtueller Werkzeuge zu verstehen, wobei die Anpassung einer Kompensation zwangsläufig vorhandener elastischer Rückfederungen des herzustellenden Pressteils dienen soll. Die auf diese Weise kompensierten Wirkflächen der virtuellen Werkzeuge dienen als Vorgabe zur Herstellung bzw. Spezifikation entsprechender realer Presswerkzeuge bzw. der Wirkgeometrien dieser Presswerkzeuge.Some exemplary embodiments are explained below to explain possible ways of implementing the invention in practice. The methods according to the invention presented serve for a computer-aided, simulation-based determination of spring-back-compensated effective geometries for pressing tools that are intended for producing a pressed part by means of a sequence of several successive pressing operations. This sequence of pressing operations can also be referred to as a multi-stage pressing process. To put it simply, the methods according to the invention can also be referred to as methods for (computer-aided, simulation-based) springback compensation. In this context, springback compensation is to be understood as an adaptation of the effective surfaces of virtual tools, whereby the adaptation is intended to compensate for inevitably existing elastic springbacks of the pressed part to be produced. The effective surfaces of the virtual tools compensated in this way serve as specifications for the production or specification of corresponding real pressing tools or the effective geometries of these pressing tools.
Zur Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend zunächst auf drei bereits im Stand der Technik bekannte Verfahren zur simulationsbasierten Rückfederungskompensation eingegangen, die schematisch anhand der
Die den besagten Figuren zugrundeliegende Darstellungsweise ist grundsätzlich von links nach rechts und von oben nach unten zu lesen und verdeutlicht in stark vereinfachter Weise den jeweiligen Verfahrensablauf vor dem Hintergrund eines mehrstufigen Pressprozesses. Den
So sieht das im Stand der Technik bekannte Verfahren nach
Die elastische Rückfederung (SB1_Basis) des Werkstücks ist anhand der zwischen den Operationen OP1 und OP2 in Bezug auf die gestrichelte Bezugslinie nach oben verschobenen Positionierung des kreuzförmigen Zeichenelements verdeutlicht. Die Folge dieser Rückfederung ist eine geometrische Abweichung (A1_Basis) deren Endzustand durch die rückgefederte Geometrie (G1_Basis) repräsentiert wird. Ausgehend von diesem Zustand (G1_Basis) wird das Werkstück in der Operation OP2 mittels eines weiteren Werkzeugs weiterbearbeitet. Beim Schließen der(des) Niederhalter(s) dieses Werkzeugs verformt sich das Werkstück ausgehend von der elastisch rückgefederten Konfiguration (G1_Basis), bedingt durch den der Abweichung (A1_Basis) entsprechenden Werkstücklagefehler (L1_Basis), zwangsläufig elastisch oder elastisch-plastisch. Hierbei wird elastische Energie in das Werkstück eingebracht, die durch das schraffierte Dreieck in der Darstellung der
Zur Kompensation dieser geometrischen Abweichungen sieht das bekannte Verfahren nach
Eine weitere im Stand der Technik bekannte Kompensationsstrategie ist anhand
Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren nach
Dennoch ist diesen beiden bekannten Kompensationsstrategien gemeinsam, dass die Kompensation lediglich im Hinblick auf die zu Ende des Pressprozesses vorliegende Geometrie des Werkstücks erfolgt. Die Lage des elastisch rückgefederten Werkstücks bei der Aufnahme in bzw. an den jeweiligen Werkzeugen der Pressoperationen bleibt hingegen unberücksichtigt.Nevertheless, what these two known compensation strategies have in common is that the compensation only takes place with regard to the geometry of the workpiece at the end of the pressing process. However, the position of the elastically spring-backed workpiece when it is picked up in or on the respective tools of the pressing operations is not taken into account.
Neben den beiden gezeigten Verfahren, ist im Stand der Technik ein weiteres Verfahren nach
Die Erfindung geht gegenüber den ersten beiden oben beschriebenen Verfahren von der Überlegung aus, dass die Vernachlässigung der Werkstücklage bei der Rückfederungskompensation zu einer Verschlechterung der Wiederholgenauigkeit des mehrstufigen Pressprozesses hinsichtlich der sich ergebenden elastischen Rückfederung des Werkstücks führen kann. Zudem geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die Vernachlässigung der Werkstücklage bei der Rückfederungskompensation - je nach vorherrschendem Einfluss der Werkstücklage auf die sich ergebenden geometrischen Abweichungen zu Ende des Pressprozesses - dazu führen kann, dass ein anforderungsgerechtes Kompensationsergebnis nicht erreicht werden kann. Das heißt selbst nach einem möglichen mehrfachen iterativen Durchlaufen der Kompensationsstrategien nach den
Im Vergleich mit dem dritten oben beschriebenen Verfahren (Teillageoptimierte Kompensation) wird in der Erfindung zwar die Werkstücklage in allen Operationen ebenfalls berücksichtigt. Allerdings nicht durch eine Anpassung der Wirkflächen der einzelnen Operationen an die Geometrie des jeweils ankommenden Werkstücks, sondern dadurch, dass das jeweils ankommende Werkstück definitionsgemäß in seiner jeweiligen Nullkonfiguration - also annahmegemäß bis hier hin rückfederungsfrei - vorliegt. Da die Geometrie des ankommenden Werkstücks somit identisch ist mit der Wirkfläche des aufnehmenden Werkzeugs, wird somit beim Schließen der(des) Niederhalter(s) keine elastische Energie in das Werkstück eingebracht. Ebenso liegt kein Werkstücklagefehler vor.In comparison with the third method described above (partial position-optimized compensation), the workpiece position is also taken into account in all operations in the invention. However, not by adapting the effective surfaces of the individual operations to the geometry of the incoming workpiece, but rather by the fact that the incoming workpiece is, by definition, in its respective zero configuration - i.e., as assumed, free of springback up to this point. Since the geometry of the incoming workpiece is identical to the effective surface of the receiving tool, no elastic energy is introduced into the workpiece when the hold-down device(s) is closed. There is also no workpiece position error.
Vor diesem Hintergrund stellt die Erfindung das anhand der
Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren (ebenso wie das in
Dem anhand
Dabei ist wichtig anzumerken, dass der hier zugrunde gelegte mehrstufige Pressprozess - ebenso wie die den folgenden
Das Verfahren sieht in einem Schritt a) zunächst ein Simulieren der hier ersten Pressoperation OP1 vor. Dabei wird ein (virtuelles) Werkstück (Platine) an einer Wirkfläche (W1_0) eines ersten Werkzeugs, das ein erstes Presswerkzeug repräsentiert, aufgenommen und elastisch-plastisch umgeformt. Im geschlossenen Zustand des ersten Werkzeugs sind Werkzeug- und Werkstückgeometrie zwangsläufig identisch. Nach Öffnen des ersten Werkzeugs ergibt sich demgegenüber eine elastisch rückgefederte erste Rückfederungsgeometrie (G1_0) des Werkstücks.In step a), the method initially involves simulating the first pressing operation OP1. A (virtual) workpiece (circuit board) is picked up on an active surface (W1_0) of a first tool, which represents a first pressing tool, and is elastically and plastically formed. When the first tool is closed, the tool and workpiece geometry are inevitably identical. After opening the first tool, an elastically spring-back first spring-back geometry (G1_0) of the workpiece results.
Das Simulieren der Operation OP1 und die hiervon umfasste Ermittlung der elastisch rückgefederten Rückfederungsgeometrie (G1_0) erfolgt vorliegend computergestützt und simulationsbasiert unter der Verwendung einer nichtlinearen Finite-Elemente-Methode. Solche Methoden sind im Bereich der virtuellen Auslegung von Bauteilen und/oder Prozessen als solche hinlänglich bekannt, so dass auf diesbezügliche Details nicht weiter eingegangen wird.The simulation of the operation OP1 and the determination of the elastic springback geometry (G1_0) is carried out in this case computer-aided and simulation-based using a nonlinear finite element method. Such methods are well known in the area of the virtual design of components and/or processes, so the relevant details will not be discussed further.
Hiernach sieht das Verfahren in einem Schritt b) ein Simulieren der wenigstens einen weiteren Pressoperation OP2 vor. Jedoch wird nicht die elastisch rückgefederte Rückfederungsgeometrie (G1_0), sondern die nicht rückgefederte Pressteilnullgeometrie (G1_0*) in das Werkzeug eingelegt, an der Wirkfläche (W2_0) des zweiten Werkzeugs aufgenommen und elastisch-plastisch umgeformt und/oder beschnitten. Die Aufnahme des Werkstücks an der Wirkfläche W2_0 erfolgt hierbei aufgrund der wenigstens abschnittsweise identischen Geometrie von Werkzeugwirkfläche und Werkstück in möglichst passgenauer Art und Weise, so dass beim Schließen der(des) Niederhalter(s) keine oder nur sehr geringe elastische Energie ins Werkstück eingebracht wird. Das Simulieren b) der OP2 umfasst zudem ein Ermitteln der (nach dem Öffnen des betreffenden Werkzeugs) vorliegenden elastisch rückgefederten weiteren Rückfederungsgeometrie G2_0 des Werkstücks. Die Rückfederungsgeometrie G2_0 weicht vorliegend von der angestrebten Nullgeometrie N ab, was anhand
Das Verfahren nach
Das Ermitteln c) der geometrischen Abweichung A1_0 bzw. A2_0 umfasst vorliegend ein Ermitteln der jeweiligen Abweichungsgröße in Form eines Abweichungsvektorfelds. Das Abweichungsvektorfeld ist dabei durch Verschiebungsvektoren gebildet, die zwischen der angestrebten Nullgeometrie N des Werkstücks und der vorliegenden Rückfederungsgeometrie G1_0 bzw. G2_0 des Werkstücks erstreckt sind.In the present case, determining c) the geometric deviation A1_0 or A2_0 includes determining the respective deviation size in the form of a deviation vector field. The deviation vector field is formed by displacement vectors that extend between the desired zero geometry N of the workpiece and the existing springback geometry G1_0 or G2_0 of the workpiece.
Hiernach sieht das Verfahren nach
Das Anpassen d) und das Anpassen e) der entsprechenden Wirkflächen zur Minimierung der geometrischen Abweichungen A1_0 und A2_0 des Werkstücks umfasst vorliegend das Ermitteln einer nicht näher bezeichneten Korrekturgeometrie der betreffenden Wirkfläche in Abhängigkeit der zuvor im Schritt c) ermittelten Abweichungsvektorfelder zwischen den Rückfederungsgeometrien G1_0 bzw. G2_0 und der Nullgeometrie N des Werkstücks. Die Korrekturgeometrien W1_1 bzw. W2_1 werden hierbei in Bezug auf deren jeweilige Nullwirkfläche ermittelt. Hierfür geeignete Methoden sind im Stand der Technik als solche grundsätzlich bekannt, wobei insbesondere die Displacement-Adjustment-Methode (Methode der inversen Vektoren), die Comprehensive Compensation (CC) Methode oder die in der Offenlegungsschrift
Die auf diese Weise angepassten Wirkflächen W1_1 und W2_1 können hiernach als rückfederungskompensierte Wirkgeometrie des jeweils repräsentierten realen Presswerkzeugs festgelegt werden. Das heißt bei der Herstellung eines solchen Presswerkzeugs wird auf Grundlage der zuvor angepassten Wirkflächen W1_1 und W2_1 eine entsprechende geometrische Spezifikation des Presswerkzeugs ermittelt und dessen Wirkgeometrie wird dementsprechend gefertigt.The effective surfaces W1_1 and W2_1 adapted in this way can then be defined as the springback-compensated effective geometry of the real pressing tool represented. This means that when producing such a pressing tool, a corresponding geometric specification of the pressing tool is determined based on the previously adapted effective surfaces W1_1 and W2_1 and its effective geometry is manufactured accordingly.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind anhand der
Das anhand der
Dies vorweggeschickt sieht das Verfahren nach den
Hiernach erfolgt in einem Schritt g) ein erneutes Ermitteln der nun vorliegenden geometrischen Abweichung des Werkstücks in einer dem Schritt c) entsprechenden Weise. Demnach wird eine nun nach der OP2 vorliegende Rückfederungsgeometrie G2_1 mit der angestrebten Nullgeometrie N verglichen und in Abhängigkeit dieses Vergleichs eine nun vorliegende Abweichungsgröße (A2_1) ermittelt. Die Abweichungsgröße wird auch hier in Form eines zeichnerisch nicht näher dargestellten Abweichungsvektorfelds ermittelt.After this, in step g), the geometric deviation of the workpiece that is now present is determined again in a manner corresponding to step c). Accordingly, a springback geometry G2_1 that is now present after OP2 is compared with the desired zero geometry N and, depending on this comparison, a deviation quantity (A2_1) that is now present is determined. The deviation size is also determined here in the form of a deviation vector field, which is not shown in the drawing.
Hiernach erfolgt in einer dem Schritt d) bzw. dem Schritt e) entsprechenden Weise ein erneutes Anpassen h) des ersten und des wenigstens einen weiteren Werkzeugs jeweils zur Minimierung der geometrischen Abweichung des Werkstücks von der Nullgeometrie N. Im Gegensatz zu den Schritten d) und e) werden hierbei allerdings beide bereits angepassten Wirkflächen W1_1 und W2_1 in Abhängigkeit der nun vorliegenden Maßabweichung am Ende des Prozesses (A2_1), zur Kompensation dieser geometrischen Abweichung, weiter angepasst bzw. in einer dem Verfahren nach
Die auf diese Weise ermittelten Wirkflächen der Werkzeuge der OP1 (W1_2) und der OP2 (W2_2) können als rückfederungskompensierte Wirkgeometrie des jeweils repräsentierten realen Presswerkzeugs festgelegt werden.The effective surfaces of the tools of OP1 (W1_2) and OP2 (W2_2) determined in this way can be defined as the springback-compensated effective geometry of the real pressing tool represented.
Alternativ hierzu kann - wie anhand
Die auf diese Weise ermittelten Wirkflächen W1_3 und W2_3 können als rückfederungskompensierte Wirkgeometrie des jeweils repräsentierten realen Presswerkzeugs festgelegt werden.The effective surfaces W1_3 and W2_3 determined in this way can be defined as the springback-compensated effective geometry of the real pressing tool represented.
Die anhand
Das Verfahren nach
Hiernach wird in einem ersten Schritt b) die erste weitere Pressoperation OP2 simuliert. Jedoch wird nicht die elastisch rückgefederte Rückfederungsgeometrie G1_0, sondern die nicht rückgefederte Pressteilnullgeometrie G1_0* in das Werkzeug der OP2 eingelegt, an der Wirkfläche W2_0 aufgenommen und elastisch-plastisch umgeformt und/oder beschnitten. Dieser erste Schritt b) umfasst zudem ein Ermitteln der (nach dem Öffnen des Werkzeugs) vorliegenden elastisch rückgefederten weiteren Rückfederungsgeometrie G2_0 des Werkstücks.The first further pressing operation OP2 is then simulated in a first step b). However, it is not the elastically spring-back spring-back geometry G1_0, but rather the non-spring-back pressed part zero geometry G1_0* that is inserted into the tool of OP2, picked up on the effective surface W2_0 and elastically-plastically formed and/or trimmed. This first step b) also includes determining the elastically spring-back further spring-back geometry G2_0 of the workpiece that is present (after opening the tool).
Hiernach wird in einem dem ersten Schritt b) entsprechenden Weise ein zweiter Schritt b) durchgeführt. Dabei wird die nicht rückgefederte Pressteilnullgeometrie G2_0* in das Werkzeug der OP3 eingelegt, an der Wirkfläche W3_0 aufgenommen und elastisch plastisch umgeformt und/oder beschnitten. Wie zuvor umfasst auch dieser zweite Schritt b) ein Ermitteln der (nach dem Öffnen des Werkzeugs) vorliegenden elastisch rückgefederten weiteren Rückfederungsgeometrie G3_0 des Werkstücks.A second step b) is then carried out in a manner corresponding to the first step b). The non-rebound pressed part zero geometry G2_0* is inserted into the tool of the OP3, picked up on the effective surface W3_0 and elastically plastically formed and/or trimmed. As before, this second step b) also includes determining the elastically spring-back further spring-back geometry G3_0 of the workpiece (after opening the tool).
Hiernach werden in einem Schritt c) die geometrischen Abweichungen zwischen den Rückfederungsgeometrien G1_0, G2_0 und G3_0 und der angestrebten Nullgeometrie N ermittelt. Daraus ergeben sich die Abweichungen A1_0, A2_0 und A3_0.The geometric deviations between the springback geometries G1_0, G2_0 and G3_0 and the desired zero geometry N are then determined in a step c). This results in the deviations A1_0, A2_0 and A3_0.
Hiernach erfolgt die Kompensation des ersten Werkzeugs in Abhängigkeit der Summe aller Abweichungsgrößen (A1_0+A2_0+A3_0) in einer dem Schritt d) entsprechenden Weise, wobei eine angepasste Wirkfläche W1_1 ermittelt wird.The first tool is then compensated depending on the sum of all deviation variables (A1_0+A2_0+A3_0) in a manner corresponding to step d), with an adapted effective surface W1_1 being determined.
Auch die den beiden weiteren Pressoperationen OP2 und OP3 zugrundeliegenden Werkzeuge werden dementsprechend angepasst. Die Anpassung erfolgt jeweils in einer dem Schritt e) entsprechenden Art und Weise. Wichtig zu erkennen ist, dass die Wirkfläche der ersten weiteren Pressoperation OP2 nur in Abhängigkeit der Summe der hierauf folgenden Abweichungsgrößen A2_0 und A3_0 angepasst wird. Dementsprechend erfolgt die Anpassung der zweiten weiteren Pressoperation OP3 nur noch in Abhängigkeit der hierauf folgenden Abweichungsgröße A3_0. Hierbei werden die angepassten Wirkflächen W2_1 und W3_1 ermittelt.The tools underlying the two further pressing operations OP2 and OP3 are also adapted accordingly. The adjustment is carried out in a manner corresponding to step e). It is important to recognize that the effective area of the first further pressing operation OP2 is only adjusted depending on the sum of the following deviation variables A2_0 and A3_0. Accordingly, the adjustment of the second further pressing operation OP3 only takes place depending on the subsequent deviation variable A3_0. The adapted effective areas W2_1 and W3_1 are determined here.
Es versteht sich, dass auch das anhand
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019203082 A1 [0009, 0013, 0046]DE 102019203082 A1 [0009, 0013, 0046]
- DE 102019203082 [0010]DE 102019203082 [0010]
- DE 102016212933 A1 [0017, 0028, 0055]DE 102016212933 A1 [0017, 0028, 0055]
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2022
- 2022-04-26 DE DE102022204034.1A patent/DE102022204034A1/en active Pending
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